Относительность. Одновременность
Несостоятельность классический представлений связана с нашим ошибочным представлением о том, что сигналы распространяются мгновенно. Однако скорость света превысить нельзя.
Если в классической механике время – величина абсолютная, то в релятивистской механике это не так. Утверждение о том, что два события в точках А и В произошли одновременно, относительно.
Например, сущ. Две системы отсчета К и К’, которая связана с кораблем и движется относительно К с постоянной скоростью. Для космонавта часы А и В в хвостовой и головной части удалены на одинаковое расстояние от точки С. В точке С вспыхнул сигнал. Космонавт будет видеть, что сигнал одновременно достигнет А и В. Но наблюдатель в системе К (на Земле): за время распространения сигнала корабль будет двигаться вправо со скоростью v, поэтому часы В будут приближаться к точке, в которой вспыхнул сигнал, а часы А будут от него удаляться, поэтому сигнал пройдет как бы разный путь до точек. Поэтому наблюдатель в системе К будет видеть, что сигнал достиг этих точек в разные моменты времени.
Вывод: понятие одновременности по отношению к распространению сигнала является понятием относительным.
Промежутки времени
С точки зрения специальной теории относительности время относительно, то есть в разных инерциальных системах отсчета время течет по-разному. Рассмотрим две системы: неподвижную – К, а другая – движется относительно первой с постоянной скоростью v – К’. Рассмотрим некоторую неподвижную точку относительно системы К’. В этой точке произошло событие. Относительно системы отсчета K’ продолжительность этого событи обозначим как Δt' = t2' – t1'
Относительно системы К это же событие длится в течение времени: Δt = t2 – t1
Из
преобразования Лоренца следует, что
эти два промежутка времени связаны
между собой таким соотношением:
Видим, что: Δt’<Δt, то есть
В движущейся системе отсчета время замедляет свой ход.
Отсюда следует «парадокс близнецов»:
Два брата-близнеца А и Б. Брат А отправляется в космическое путешествие с большой скоростью, а брат Б остается на Земле. Время на космическом корабле замедляет свой ход. Потому после возвращения на Землю брат А оказывается моложе брата Б.
Пример: браться расстались, когда им было 20 лет. Скорость корабля составляет 99% скорости света. Пусть на Земле прошло 80 лет, то есть Δt – 80 лет. Тогда на корабле прошло:
Таким образом, одному брату будет 100 лет, а другому – 31 год.
Суть парадокса:
Если телом отсчета считать Землю, то постарел брат Б.
Если телом отсчета считать корабль, то постарел брат А.
Получается, что при встрече брат А старше брата Б, а брат Б старше брата А. Но это невозможно.
Если Землю можно считать инерциальную систему отсчета, то космический корабль, в котором путешественник испытывает ускорение, не может быть системой отсчета. Таким образом, специальная теория относительности справедлива только для инерциальных систем отсчета. А для неинерциальных систем была позднее (в 1916 году) разработана общая теория относительности.
Явление замедления хода времени в движущейся системе отсчета доказано экспериментально, среднее время жизни нестабильных элементарных частиц при движении в ускорителях увеличивается в десятки раз.